KR20230146911A - 레일 연마 모사 시험 장치 - Google Patents

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KR20230146911A
KR20230146911A KR1020220045919A KR20220045919A KR20230146911A KR 20230146911 A KR20230146911 A KR 20230146911A KR 1020220045919 A KR1020220045919 A KR 1020220045919A KR 20220045919 A KR20220045919 A KR 20220045919A KR 20230146911 A KR20230146911 A KR 20230146911A
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정우태
홍지영
이현욱
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명의 레일 연마 모사 시험 장치는 베이스 프레임 상에 설치되고, 레일 시편을 연마하는 레일 연마부; 상기 베이스 프레임 상에 설치되고, 밀폐된 내부 공간에 상기 레일 연마부가 배치되도록 하는 챔버부; 및 상기 레일 연마부에 의한 상기 레일 시편의 연마를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 챔버부는 상기 내부 공간을 밀폐하는 챔버; 상기 챔버의 일부에 마련되어, 상기 레일 시편의 연마시 발생하는 마모 입자의 크기, 마모 입자의 농도, 마모 입자의 성분을 측정 또는 검출하여, 상기 제어부로 전송하는 복수의 센서; 상기 챔버의 내부 공간으로 공기가 유입되는 공기 유입구; 및 상기 챔버 내부 공간의 공기가 배출되는 공기 배출구를 포함할 수 있다.

Description

레일 연마 모사 시험 장치{SIMULATION TEST APPARATUS FOR GRINDING RAIL}
본 발명은 레일 연마 모사 시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로 레일은 용접에 의해 종방향으로 연결될 수 있으며, 용접 부위는 레일의 표면을 울퉁불퉁하고 불규칙하게 만드므로 연마에 의해 레일 표면이 고르게 형성되도록 제거되어야 한다. 또한, 레일에는 전술한 용접 부위 이외에도 일정 길이의 레일이 서로 연결되는 레일 연결부와, 열차 주행 시 열차바퀴와의 마찰에 의한 찰상, 마모 등에 의해 형성되는 표면 손상부가 형성될 수 있다.
레일의 원활한 성능 발휘를 보장하기 위해서는 용접 부위, 레일 연결부 또는 표면 손상부 등으로 인한 레일의 불규칙한 표면을 고르게 연마할 필요가 있으며, 이를 위해 레일 표면 연마 장치가 사용될 수 있다.
한편, 레일 표면 연마 장치를 통하여 적절한 연마가 수행되는 지에 대한 평가가 필요하며, 레일의 표면 연마시 발생하는 유해 마모 입자의 발생 조건 및 유해 마모 입자의 발생량의 측정이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 최적의 레일 연마 조건을 도출하고, 레일의 표면 연마시 발생하는 유해 마모 입자의 발생 조건 및 유해 마모 입자의 발생량을 측정할 수 있는 레일 연마 모사 시험 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 레일 연마 모사 시험 장치는 베이스 프레임 상에 설치되고, 레일 시편을 연마하는 레일 연마부; 상기 베이스 프레임 상에 설치되고, 밀폐된 내부 공간에 상기 레일 연마부가 배치되도록 하는 챔버부; 및 상기 레일 연마부에 의한 상기 레일 시편의 연마를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 챔버부는 상기 내부 공간을 밀폐하는 챔버; 상기 챔버의 일부에 마련되어, 상기 레일 시편의 연마시 발생하는 마모 입자의 크기, 마모 입자의 농도, 마모 입자의 성분을 측정 또는 검출하여, 상기 제어부로 전송하는 복수의 센서; 상기 챔버의 내부 공간으로 공기가 유입되는 공기 유입구; 및 상기 챔버 내부 공간의 공기가 배출되는 공기 배출구를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 공기 유입구에 설치되어 상기 내부 공간으로 유입되는 공기를 정화하는 필터; 및 상기 공기 배출구 측에 마련되어, 상기 챔버 내부에서 배출되는 공기의 속도를 조절할 수 있는 유속 조절용 팬을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 레일 연마부는 상기 레일 시편을 고정하는 레일 고정부; 및 상기 레일 시편을 연마하는 연마석을 회전시키는 연마석 회전부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 레일 고정부는 상기 레일 시편을 고정하는 레일 고정 지그; 상기 레일 시편에 가해지는 연마 하중을 측정하는 로드셀; 연마 하중에 의한 상기 레일 시편의 이동방향을 고정하는 슬라이딩 레일; 상기 레일 고정 지그, 상기 로드셀 및 상기 슬라이딩 레일이 설치되는 레일 고정 베이스; 및 상기 레일 고정 베이스를 틸팅시키는 틸팅 장치를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 연마석 회전부는 상기 베이스 프레임 상에 마련되어 X-Y 축 방향으로 이동 가능한 직교형 이송 로봇; 상기 직교형 이송 로봇에 연결되고 상기 연마석을 회전시키는 스핀들 모터; 및 상기 스핀들 모터의 회전축 및 상기 연마석을 연결하는 회전 척을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 레일 연마부는 상기 레일 시편의 헤드 프로파일을 측정할 수 있는 헤드 프로파일 측정 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 레일 연마 모사 시험 장치는 최적의 레일 연마 조건을 도출함과 동시에, 레일의 표면 연마시 발생하는 유해 마모 입자의 발생 조건 및 유해 마모 입자의 발생량을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 연마 모사 시험 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 레일 연마 모사 시험 장치의 레일 연마부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 레일 연마부의 레일 고정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 레일 연마부의 연마석 회전부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 레일 연마 모사 시험 장치의 챔버부를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 연마 모사 시험 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 레일 연마 모사 시험 장치의 레일 연마부를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 레일 연마부의 레일 고정부를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 레일 연마부의 연마석 회전부를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 1에 도시된 레일 연마 모사 시험 장치의 챔버부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 연마 모사 시험 장치(10)는 최적의 레일 연마 조건을 도출할 수 있으며, 레일 연마시 발생하는 유해 마모 입자의 발생 조건 및 유해 마모 입자의 발생량을 측정할 수 있다.
레일 연마 모사 시험 장치(10)는 베이스 프레임(100), 레일 연마부(200), 챔버부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
베이스 프레임(100)은 프레임(110) 상에 선반(150)이 설치된 테이블과 같은 형상을 가질 수 있다.
프레임(110)은 복수의 수직 프레임(111)과 복수의 수평 프레임(113)을 구비하여, 레일 연마 모사 시험 장치(10)를 지지할 수 있다. 수직 프레임(111)에는 수평 조절을 위한 높이 조절 부재(117)가 마련될 수 있으며, 수평 프레임(113)의 일부에는 레일 연마 모사 시험 장치(10)의 이동을 위한 바퀴(115)가 마련될 수 있다.
선반(150)은 프레임(110) 상에 마련되며, 선반(150) 상에는 레일 연마부(200) 및 챔버부(300)가 설치될 수 있다. 즉, 선반(150)은 레일 연마부(200) 및 챔버부(300)를 지지할 수 있다.
레일 연마부(200)는 레일 고정부(210) 및 연마석 회전부(250)를 포함할 수 있다.
레일 고정부(210)는 선반(150) 상에 마련될 수 있으며, 레일 고정 지그(211), 로드셀(213), 슬라이딩 레일(215), 레일 고정 베이스(217), 및 틸팅 장치(219)를 포함할 수 있다.
레일 고정 지그(211)는 레일 연마 모사 시험을 수행하는 레일 시편(RS)을 레일 고정부에 장착하고, 고정할 수 있다.
로드셀(213)은 레일 연마 모사 시험, 즉, 레일 시편(RS)을 연마하는 중에 레일 시편(RS)에 가해지는 연마 하중을 측정할 수 있다.
슬라이딩 레일(215)은 레일 시편(RS)의 연마시 레일 시편(RS)에 가해지는 하중에 의한 레일 시편(RS)의 이동방향을 고정할 수 있다. 즉, 레일 시편(RS)은 연마시 슬라이딩 레일(215) 상에서 전진 또는 후퇴할 수 있다.
레일 고정 베이스(217)은 상술한 레일 고정 지그(211), 로드셀(213) 및 슬라이딩 레일(215)이 설치되는 공간을 제공할 수 있다.
틸팅 장치(219)는 레일 고정 베이스(217)를 틸팅시킬 수 있다. 틸팅 장치(219)는 레일 고정 베이스(217)를 선반(150)에 연결시킬 수 있다. 틸팅 장치(219)에 의해 레일 고정 베이스(217)가 틸팅되면, 레일 시편(RS)이 연마석 회전부(250)의 연마석(GS)의 표면과 형성하는 각도가 변화할 수 있다. 따라서, 레일 시편(RS)의 헤드가 일정각으로 측면 가공되도록 할 수 있다.
연마석 회전부(250)는 선반(150) 상에서 레일 고정부(210)와 이격되어 마련될 수 있다.
연마석 회전부(250)는 직교형 이송 로봇(251), 스핀들 모터(253), 및 회전 척(255)을 포함할 수 있다.
직교형 이송 로봇(251)은 선반(150) 상에 마련되어 X-Y 축 방향으로 이동이 가능하다. 즉, 직교형 이송 로봇(251)에 의해 연마석(GS)의 위치가 조정될 수 있다. 직교형 이송 로봇(251)의 X-Y 축 방향 이동량은 제어부(400)로 전송될 수 있다.
스핀들 모터(253)는 직교형 이송 로봇(251)에 연결되고 연마석(GS)을 회전시킬 수 있으며, 회전 척(255)은 스핀들 모터(253)의 회전축 및 연마석(GS)을 연결할 수 있다. 스핀들 모터(253)에 의한 연마석(GS)의 회전수는 제어부(400)로 전송될 수 있다.
한편, 레일 연마부(200)는 레일 시편(RS)의 헤드(head) 프로파일을 측정할 수 있는 헤드 프로파일 측정 장치(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 헤드 프로파일 측정 연마석의 회전각에 따라 연마되는 레일 시편(RS)의 프로파일을 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
챔버부(300)는 선반(150) 상에 마련되고, 밀폐된 내부 공간을 제공할 수 있다. 챔버부(300)의 내부에는 상술한 레일 연마부(200)가 마련될 수 있다.
챔버부(300)는 챔버(310), 센서(320), 공기 유입구(330), 필터(340), 및 공기 배출구(350)를 포함할 수 있다.
챔버(310)는 챔버부(300)의 형상을 구현하하고 내부 공간을 밀폐시킬 수 있다. 즉, 챔버(310)는 내부 공간에 마련된 레일 연마부(200)를 외부 환경과 격리시킬 수 있다.
센서(320)는 챔버(310)의 일부에 마련될 수 있다. 센서(320)는 레일 시편(RS)의 연마시 발생하는 마모 입자의 크기, 마모 입자의 농도, 마모 입자의 성분을 측정 또는 검출하여, 제어부(400)로 전송할 수 있다.
한편, 상기에서는 센서(320)가 챔버(310)의 일부에 마련됨을 예로서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 센서(320)는 챔버(310)의 일부에 마련된 샘플링 튜브 연결구(도시하지 않음) 등에 마련될 수도 있다.
공기 유입구(330)는 챔버(310)의 내부 공간으로 공기가 유입되도록 할 수 있으며, 필터(340)는 공기 유입구(330)에 설치되어 챔버(310)의 내부 공간으로 유입되는 공기를 정화할 수 있다. 필터(340)는 헤파 필터와 같은 필터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 필터가 사용될 수 있다.
공기 배출구(350)는 챔버(310) 내부 공간의 공기가 배출되도록 할 수 있다. 또한, 공기 배출구(350) 측에는 배출되는 공기의 속도를 조절할 수 있는 유속 조절용 팬(500)이 마련될 수도 있으며, 유속 조절용 팬(500)의 속도에 따라 챔버(310) 내부에서 배출되는 공기의 유속이 조절될 수 있다. 한편, 도면에서는 유속 조절용 팬(500)이 공기 배출구(350)에 마련된 공기 배출 관로의 일부에 마련됨을 예로서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 유속 조절용 팬(500)은 공기 배출구(350)와 일체로 마련될 수도 있다.
제어부(400)는 레일 연마부(200)를 레일 시편(RS)의 연마 조건을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(400)는 레일 시편(RS)의 연마량(연마 깊이), 연마 속도, 연마 강도 등을 제어할 수 있다. 제어부(400)는 챔버부(300)를 제어하여, 챔버(310) 내부로 유입 및 배출되는 공기의 유속을 제어할 수도 있다.
또한, 제어부(400)는 센서(320)를 통하여, 레일 연마 조건에 따라 레일 시편(RS)의 연마시 발생하는 마모 입자의 크기, 마모 입자의 농도, 마모 입자의 성분 등에 관한 데이터를 측정할 수 있다.
제어부(400)는 제어부(400)에서 제어되는 레일 시편(RS)의 연마 조건과, 챔버(310) 내부로 유입 및 배출되는 공기의 유속과 및 센서(320)에서 측정되는 마모 입자와 관련된 각종 데이터가 별도의 디스플레이 장치(도시하지 않음)에 표시되도록 할 수 있다.
한편, 제어부(400)는 헤드 프로파일 측정 장치에서 측정된 레일 시편(RS)의 헤드 프로파일에 따라 연마석(GS)에 대한 레일 시편(RS)의 회전각을 조정할 수 있으며, 측정된 레일 시편(RS)의 프로파일을 수신할 수 있다.
하기에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 레일 연마 모사 시험 장치(10)의 작동을 설명한다.
우선, 레일 고정부(210)의 레일 고정 지그(211)를 이용하여 레일 시편(RS)을 고정시킨다. 그런 다음, 틸팅 장치(219)를 조작하여, 레일 시편(RS)의 연마 각도를 설정할 수 있다. 여기서, 연마 각도는 연마석(GS)의 표면에 대한 레일 시편(RS)의 각도일 수 있다.
레일 시편(RS)이 고정되고 연마 각도가 설정되면, 제어부(400)는 직교형 이송 로봇(251)을 제어하여, 연마석 회전부(250)를 이동시켜, 연마석(GS)을 레일 시편(RS) 연마를 위한 위치로 이동시킬 수 있다.
연마석(GS)이 레일 시편(RS) 연마를 위한 위치로 이동하면, 제어부(400)는 스핀들 모터(253)를 제어하여, 레일 시편(RS)의 연마를 시작할 수 있다.
한편, 상기에서는 레일 시편(RS)의 연마를 위하여 직교형 이송 로봇(251)의 동작 후, 스핀들 모터(253)의 동작을 예로서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 스핀들 모터(253)가 먼저 작동한 후, 직교형 이송 로봇(251)을 통하여 연마석(GS)이 레일 시편(RS)의 연마 위치로 이동할 수도 있다.
또한, 직교형 이송 로봇(251)의 X-Y 축 방향 이동량과, 스핀들 모터(253)에 의한 연마석(GS)의 회전수, 회전 속도 및 토크 등의 회전 관련 정보는 제어부(400)로 전송될 수 있다.
레일 시편(RS)의 연마가 시작되면, 제어부(400)의 헤드 프로파일 측정 장치는 틸팅 장치(219)를 제어하여 레일 시편(RS)의 외관이 전체적으로 연마되도록 할 수 있다. 또한, 헤드 프로파일 측정 장치는 연마에 따른 레일 시편(RS)의 프로파일 변화를 모니터링할 수 있다.
또한, 제어부(400)는 로드셀(213)을 통하여 레일 시편(RS)에 가해지는 연마력을 측정할 수 있으며, 레일 시편(RS)의 연마 속도를 검출할 수도 있다.
상술한 레일 시편(RS)의 프로파일 변화와, 레일 시편(RS)에 가해지는 연마력, 연마석(GS)의 회전수, 회전 속도 및 토크 등을 통하여, 제어부(400)는 최적의 연마 조건을 도출할 수 있다.
한편, 레일 시편(RS)이 연마되는 동안에, 제어부(400)는 유속 조절용 팬(500)을 제어하여, 챔버(310) 내부로 정화된 공기가 유입되도록 하며, 레일 시편(RS)의 연마에 의한 마모 입자를 공기 배출구(350)를 통하여 외부로 배출되도록 할 수 있다.
또한, 레일 시편(RS)이 연마되는 동안에, 제어부(400)는 센서(320)를 통하여 레일 시편(RS)의 연마시 발생하는 마모 입자의 크기, 마모 입자의 농도, 마모 입자의 성분을 측정 또는 검출할 수 있다. 여기서, 마모 입자의 크기, 마모 입자의 농도, 마모 입자의 성분의 측정 또는 검출은 유속 조절용 팬(500)에 의한 공기의 유동에 의해 가능할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 레일 연마 모사 시험 장치(10)는 레일 시편(RS)의 최적 연마 조건을 도출함과 동시에, 연마시 발생하는 마모 입자의 크기, 마모 입자의 농도, 마모 입자의 성분을 측정 또는 검출할 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명된 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들 중 적어도 둘 이상을 조합한 것이나 상기 실시예들 중 적어도 어느 하나와 공지 기술을 조합한 것을 새로운 실시예로 포함할 수 있음은 물론이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 레일 연마 모사 시험 장치 100: 베이스 프레임
110: 프레임 111: 수직 프레임
113: 수평 프레임 115: 바퀴
117: 높이 조절 부재 150: 선반
200: 레일 연마부 210: 레일 고정부
211: 레일 고정 지그 213: 로드셀
215: 슬라이딩 레일 217: 레일 고정 베이스
219: 틸팅 장치 250: 연마석 회전부
251: 직교형 이송 로봇 253: 스핀들 모터
255: 회전 척 300: 챔버부
310: 챔버 320: 센서
330: 공기 유입구 340: 필터
350: 공기 배출구 400: 제어부
500: 유속 조절용 팬 RS: 레일 시편
GS: 연마석

Claims (6)

  1. 베이스 프레임 상에 설치되고, 레일 시편을 연마하는 레일 연마부;
    상기 베이스 프레임 상에 설치되고, 밀폐된 내부 공간에 상기 레일 연마부가 배치되도록 하는 챔버부; 및
    상기 레일 연마부에 의한 상기 레일 시편의 연마를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 챔버부는
    상기 내부 공간을 밀폐하는 챔버;
    상기 챔버의 일부에 마련되어, 상기 레일 시편의 연마시 발생하는 마모 입자의 크기, 마모 입자의 농도, 마모 입자의 성분을 측정 또는 검출하여, 상기 제어부로 전송하는 복수의 센서;
    상기 챔버의 내부 공간으로 공기가 유입되는 공기 유입구; 및
    상기 챔버 내부 공간의 공기가 배출되는 공기 배출구를 포함하는 레일 연마 모사 시험 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 공기 유입구에 설치되어 상기 내부 공간으로 유입되는 공기를 정화하는 필터; 및
    상기 공기 배출구 측에 마련되어, 상기 챔버 내부에서 배출되는 공기의 속도를 조절할 수 있는 유속 조절용 팬을 더 포함하는 레일 연마 모사 시험 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 레일 연마부는
    상기 레일 시편을 고정하는 레일 고정부; 및
    상기 레일 시편을 연마하는 연마석을 회전시키는 연마석 회전부를 포함하는 레일 연마 모사 시험 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 레일 고정부는
    상기 레일 시편을 고정하는 레일 고정 지그;
    상기 레일 시편에 가해지는 연마 하중을 측정하는 로드셀;
    연마 하중에 의한 상기 레일 시편의 이동방향을 고정하는 슬라이딩 레일;
    상기 레일 고정 지그, 상기 로드셀 및 상기 슬라이딩 레일이 설치되는 레일 고정 베이스; 및
    상기 레일 고정 베이스를 틸팅시키는 틸팅 장치를 포함하는 레일 연마 모사 시험 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 연마석 회전부는
    상기 베이스 프레임 상에 마련되어 X-Y 축 방향으로 이동 가능한 직교형 이송 로봇;
    상기 직교형 이송 로봇에 연결되고 상기 연마석을 회전시키는 스핀들 모터; 및
    상기 스핀들 모터의 회전축 및 상기 연마석을 연결하는 회전 척을 포함하는 레일 연마 모사 시험 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 레일 연마부는 상기 레일 시편의 헤드 프로파일을 측정할 수 있는 헤드 프로파일 측정 장치를 더 포함하는 레일 연마 모사 시험 장치.
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